冲击加速度测量不确定度的评估方法研究

摘要

冲击加速度传感器及其测试系统是目前获取各种高冲击瞬态信号以及各种弹道参数的核心部件，它们的准确性对整个测试过程能否取得成功以及测试结果是否可靠起着决定性的作用，是以很有必要对冲击加速度传感器及其测试系统的测量不确定度进行评估。按照不确定度评定结果，可以确定冲击加速度测量的准确度。基于此，本文主要进行了如下研究:
　　(1)研究了目前常用的几种测量不确定度评定方法，包括GUM法、蒙特卡洛法和贝叶斯评定法，并对各自的基本原理及使用方法做了详细分析，总结了测量不确定度评定的一般流程。
　　(2)通过分析测量系统的不确定来源，以冲击加速度传感器峰值灵敏度的Hopkinson杆校准系统为例，对校准结果分别运用GUM、贝叶斯和蒙特卡洛评定法进行不确定度评定，详细分析了这三种方法各自的优缺点，并提出在动态测试中，对于不同的测试系统若用这三种方法需分别寻求各自的适用条件，不具有普遍适用性，且其无法对整个连续过程的不确定度进行估算，针对这些问题提出基于频率域的动态不确定度评定法，且其适用于在一定范围内对各种不同测试系统进行不确定度估计。
　　(3)在频率域对动态测量不确定度进行估算法的具体流程是:针对实际测试系统，建立一个理想测试系统，求出两个测试系统的动态测量误差;分别求出两个测试系统的幅频特性和相频特性，并根据帕斯瓦尔定理求出该动态误差的功率谱函数;根据功率谱求出实际的动态测量不确定度。最后以冲击加速度传感器的动态校准系统以及测试系统为例，将该动态测量不确定度估算法应用于实际当中。
　　(4)对动态校准系统以及测试系统进行建模，求出系统特性，通过将对输入信号的响应曲线与实际测得的响应曲线进行比较求出测量不确定度，最后将结果与频率域的估算结果进行比较，验证提出的频率域动态测量不确定度估算法的可行性。

目录

声明

摘要

1．1 课题研究目的及意义

1．2 冲击加速度传感器测量不确定度的研究现状

1．2．1 冲击加速度传感器研究现状

1．2．2 传感器的测量不确定度研究现状

1．3 本课题主要完成的工作

2 测量不确定度理论及评定方法

2．1 不确定度与误差的区别

2．2 一般测量系统的不确定度来源

2．3．1 GUM不确定度评定方法

2．3．2 蒙特卡洛评定法

2．3．3 贝叶斯评定法

2．4 测量不确定度的模型选择

2．5 测量不确定度的评估报告表示

2．6 测量不确定度评定过程

2．7 本章总结

3 冲击加速度传感器的校准不确定度分析

3．1 冲击加速度传感器校准的定义

3．2 冲击加速度传感器的校准装置

3．3 冲击加速度传感器的Hopkinson杆校准系统

3．3．1 校准实验分析

3．3．2 校准数据的A类和贝叶斯不确定度评定

3．4 校准系统不确定度分析

3．4．1 基于B类评定法的校准系统不确定度评定

3．4．2 基于蒙特卡洛评定法的校准系统不确定度合成

3．4．3 GUM评定法合成标准不确定度

3．5 本章小结

4 冲击加速度测量的动态不确定度理论

4．2 频率域动态不确定度估算法

4．2．1 动态误差的定义

4．2．2 动态均方根误差与频响函数的关系

4．3 基本概念

4．4 系统辨识理论

4．4．1 特殊白化滤波器的广义最小二乘法

4．4．2 递推极大似然参数辨识方法

4．5 本章小结

5 冲击加速度测量的动态不确定度估算

5．1 冲击加速度传感器动态校准系统及不确定度估算

5．1．1 比较法冲击校准原理

5．1．2 高冲击台校准系统

5．1．3 动态校准实验及不确定度估算

5．1．4 动态校准系统参数辨识

5．1．5 回归效果检验及不确定度估算

5．2 冲击加速度测试系统及不确定度估算

5．2．1 冲击加速度测试系统的工作原理

5．2．2 冲击加速度测试系统的动态校准及系统辨识

5．2．3 实测数据下的冲击加速度测试系统不确定度估算

5．2．4 仿真结果不确定度估算

5．3 本章小结

6．1 全文研究工作总结

6．2 本文创新点

6．3 下一步工作展望

参考文献

硕士期间发表的论文及科研工作

致谢